植物细胞的结构和功能

第一章植物细胞的结构和功能第一节植物细胞的结构与组成第一节植物细胞的结构与组成一、几乎所有的生物都是由细胞所构成，细胞是生物体结构和功能的基本单位。(一)根据细胞的进化程度，可将其分为两大类型：原核细胞(prokaryoticcell),真核细胞(eukaryoticcell)。第一节植物细胞的结构与组成原核细胞和真核细胞比较原核细胞真核细胞典型代表细菌和蓝藻绝大多数单细胞生物与全部多细胞生物形态一般很小，直径由0.2～10μm不等较大，直径约10～100μm细胞核没有只有一个裸露的环状DNA分子构成的拟核体有明显的膜包裹，形成界限分明的细胞核细胞质分化程度分化简单，仅有核糖体高度分化，形成多种细胞器繁殖方式无丝分裂有丝分裂第一节植物细胞的结构与组成(二)1．植物细胞和动物细胞区别植物细胞和动物细胞比较植物细胞动物细胞细胞壁有没有液泡具有明显的中央大液泡无明显的中央大液泡叶绿体有没有第一节植物细胞的结构与组成2．植物细胞的结构第一节植物细胞的结构与组成二、原生质的性质(一)原生质及其组成原生质(protoplasm)为构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。水(85%)蛋白质(10%)核糖(1.1%)有机物(13.5%)碳水化合物(0.4%)脂类(2%)无机物（1.5%）原生质第一节植物细胞的结构与组成(二)1.有很大的表面张力(surfacetension)，致使裸露的原生质体和原生质的特化部分一般呈球形。2.具有粘性和弹性。原生质粘性高、弹性大的植物，抗逆性强（对干旱、低温的抗性强）。3.具有流动性。原生质的流动在一定温度范围内随温度的升高而加速，且与呼吸作用有密切的联系。一般不超过0.1mm·s-1。第一节植物细胞的结构与组成(二)胶体(colloid)是物质的一种分散状态。凡能以1～100nm大小的颗粒分散于另一种物质之中时，就可形成胶体。构成原生质的生物大分子直径符合胶体范围，其水溶液必然具有胶体的性质。原生质胶体的主要特性有：1.带电性2．亲水性3.扩大界面4.凝胶作用第一节植物细胞的结构与组成1.带电性原生质胶体主要由蛋白质组成，蛋白质分子表面可形成一层带电荷的吸附层。在吸附层外又有一层带电荷的数量相等而符号相反的较松驰的扩散层。这样就在胶粒外面形成一个双电层。第一节植物细胞的结构与组成2．亲水性蛋白质是亲水化合物，在其表面可以吸附一层很厚的水合膜，由于水合膜的存在，使原生质胶体系统更加稳定。蛋白质是两性电解质，在两性离子状态下，原生质具有缓冲能力，这对细胞内代谢有重要作用。第一节植物细胞的结构与组成3.扩大界面原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的分散度很高，比表面积很大。有利于代谢过程中，对各种分子和离子的吸附和富集，同时扩大了各种生化反应活动场所。第一节植物细胞的结构与组成4.凝胶作用溶胶(sol)是液化的半流动状态，近似流体的性质。凝胶(gel)有一定结构和弹性的半固体状态的胶体。溶胶和凝胶是胶体存在的两种状态。第一节植物细胞的结构与组成溶胶和凝胶在一定条件下可通过凝胶作用或溶胶作用以相互转化。溶胶凝胶凝胶作用溶胶作用第一节植物细胞的结构与组成(三)液晶态(liquidcrystallinestate)是物质介于固态与液态之间的一种状态，它既有固体结构的规则性，又有液体的流动性；在光学性质上象晶体，在力学性质上象液体。从微观来看，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态。液晶态与生命活动息息相关。比如膜的流动性是生物膜具液晶态的重要特性。第二节细胞壁的结构与功能第二节细胞壁的结构与功能细胞壁(cellwall)是植物细胞所特有的，具一定弹性和硬度，在细胞质膜之外并界定细胞形状的复杂结构。第二节细胞壁的结构与功能一、(一)典型的细胞壁是由胞间层(intercellularlayer)，初生壁(primarywall)、有的细胞还具有次生壁(secondarywall)所组成。第二节细胞壁的结构与功能初生壁次生壁胞间层第二节细胞壁的结构与功能(二)构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素。①胞间层(中胶层）：果胶质②初生壁：纤维素，半纤维素，果胶质，蛋白质③次生壁：纤维素，半纤维素，木质素，果胶质第二节细胞壁的结构与功能1.纤维素(cellulose)是细胞壁的主要成分，它是由1000～10000个β-D-葡萄糖分子以β-1,4-糖苷键相连的无分支的长链。这些纤维素分子链都具有相同的极性，排列成立体晶格状，可称为分子团，又叫微团(micella)。微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)，因而纤维素的这种结构非常牢固，使细胞壁具高强度和抗化学降解的能力。第二节细胞壁的结构与功能第二节细胞壁的结构与功能2.半纤维素(hemicellulose)是指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称。它在化学结构上与纤维素没有关系。半纤维素的结构比较复杂。不同来源的半纤维素，它们的成分也各不相同。有的由一种单糖缩合而成，如聚甘露糖和聚半乳糖。有的由几种单糖缩合而成，如木聚糖、阿拉伯糖、半乳聚糖等。半纤维素在纤维素微纤丝的表面及它们之间，彼此紧密而非共价健的连接在一起。因此，它们覆盖在微纤丝之外并通过氢键将微纤丝交联成复杂的网格，形成细胞壁内的高层次上的结构。第二节细胞壁的结构与功能3.果胶物质(pecticsubstances)也是细胞壁的组成成分。胞间层基本上是由果胶物质组成的，使相邻的细胞粘合在一起。果胶物质是半乳糖醛酸组成的多聚体。第二节细胞壁的结构与功能果胶物质根据其结合情况及理化性质，可分为三类：果胶酸(pecticacid)是由约100个半乳糖醛酸通过α-1，4键连接而成的直链。果胶酸是水溶性的，易与钙起作用生成果胶酸钙的凝胶。果胶(pectin)是半乳糖醛酸酯及少量半乳糖醛酸通过α-1，4-糖苷键连接而成的长链高分化合物原果胶果胶分子量在25000～50000之间，每条链含200个以上的半乳糖醛酸残基。果胶能溶于水，存在于中胶层和初生壁中，甚至存在于细胞质或液泡中第二节细胞壁的结构与功能4.木质素(lignin)不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的单体所构成的聚合物，在木本植物成熟的木质部中，其含量达18%～38%，主要分布于纤维、导管和管胞中。5.蛋白质与酶细胞壁中最早被发现的蛋白质是伸展蛋白(extensin)，它是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白(hydroxyprolinerichglycoprotein,HRGP)，大约由300个氨基酸残基组成，这类蛋白质中羟脯氨酸(Hyp)含量特别高，一般为蛋白质的30%～40%。其它含量较高的氨基酸是丝氨酸(Ser)、缬氨酸、苏氨酸、组氨酸和酪氨酸等。伸展蛋白中的氨基酸顺序有特征性的结构单位为：Ser-Hyp-Hyp-(x)-Hyp-Hyp迄今已在细胞壁中发现数十种酶，大部分是水解酶类，其余则多属于氧化还原酶类。比如果胶甲酯酶、酸性磷酸酯酶、过氧化物酶、多聚半乳糖醛酸酶等。6.矿质细胞壁的矿质元素中最重要的是钙.据研究,壁中Ca2+浓度远远大于胞内,估计为10-5～10-4mol·L-1，所以细胞壁为植物细胞最大的钙库。钙调素(calmodulin,CaM)在细胞壁中也被发现，如在小麦细胞壁中已检测出水溶性及盐溶性两种钙调素。第二节细胞壁的结构与功能(四)细胞壁形成第二节细胞壁的结构与功能(四)细胞壁形成与细胞壁形成有关的细胞器是:内质网高尔基体微管（三）细胞壁的形成•细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。细胞分裂时，在两组染色体之间，也就是在母细胞的赤道板面上，有许多大小不一的分泌囊泡(secretoryvesicles)不规则地汇聚在一块，这些小囊泡是由高尔基体和内质网分泌而形成的，其中富含组成细胞壁的各种糖类，它们借助与细胞赤道板垂直方向上存在的微管的运动，逐渐整齐地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中的囊泡膜相互融合与连接形成细胞的质膜，其中的内含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构。第二节细胞壁的结构与功能二、细胞壁的功能1.支持作用：2．运输通道：3．保护作用：4．参与各种代谢活动：第二节细胞壁的结构与功能1.支持作用：细胞壁可增加植物的机械强度，充当植物的骨架。第二节细胞壁的结构与功能二、细胞壁的功能2．运输通道：细胞壁允许离子、低分子量的蛋白质和多糖等小分子通行无阻，而大分子或微生物等被屏蔽于其外。故细胞第二节细胞壁的结构与功能二、细胞壁的功能3．保护作用：初生细胞壁中的寡糖素能诱导植物抗毒素(phytolaxin)的形成，还对其它生理过程有调节作用。在植物抵抗病虫害中起作用。可使植物产生过敏性死亡，使得病原物不能进一步扩散。还有防御和抗病抗逆的功能。第二节细胞壁的结构与功能二、细胞壁的功能4．参与各种代谢活动：细胞壁中的酶类参与细胞壁高分子合成，转移及水解，细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等。第二节细胞壁的结构与功能另外:细胞壁参与了植物与根瘤菌共生固氮的相互识别以及共同完成侵染作用；细胞壁中的多聚半乳糖醛酸酶可能参与了砧木和接穗之间嫁接过程中的识别反应。总之，高等植物细胞壁积极参与各种代谢活动包括细胞的生长、分化、细胞识别及抗病抗逆机制等方面。第二节细胞壁的结构与功能三、胞间连丝当细胞板尚未完全形成时，有局部的原生质丝(约400nm)存留在未完全合并的小囊泡之间，随后便成为两个子细胞的管状联络孔道称胞间连丝(plasmodesma)，胞间连丝可以看作是两个细胞原生质膜的突出而连成的一个管状结构。胞间连丝可使相邻细胞的原生质及其内溶物相互交换，也可进行信息传递。第二节细胞壁的结构与功能三、胞间连丝第三节生物膜的结构与功能第三节生物膜的结构与功能一、生物膜的概念：生物膜(biomembrane)是指构成细胞的所有膜的总称。按所处位置分为：质膜（原生质膜）：指细胞质外面的一层膜。内膜（内膜系统)是指真核细胞内由膜分隔而形成的具有连续功能的系统，主要指核膜、内质网、高尔基体及细胞质中各种囊泡，而质膜、液泡膜以及溶酶体膜等则是内膜系统活动的产物。第三节生物膜的结构与功能膜脂(约占25%-40%,构成脂双分子层)膜蛋白(约占60%-75%,与脂类镶嵌成膜)膜糖(约占5%,与蛋白质和脂类结合)无机离子第三节生物膜的结构与功能不同的膜成分的比列不同，特别是蛋白质和脂类的比列不同:肝细胞的细胞膜:蛋白质/脂类=1.0-1.4红血细胞的细胞膜:1.5-4.0内质网膜:0.7-1.5线粒体内膜:3.6线粒体外膜:1.2叶绿体片层膜:0.8功能越复杂的膜，其蛋白质含量越高，需说明的是，由于脂类分子的体积比蛋白质分子的小得多，因此生物膜中的脂类分子的数目总是远多于蛋白质分子的数目。如在一个含50%蛋白质的膜中,大概脂类分子与蛋白质分子的比为50∶1。这一比例关系反映到生物膜结构上，就是脂类以双分子层构成生物膜的基本结构，而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。第三节生物膜的结构与功能(一)膜蛋白生物膜中的蛋白质约占细胞蛋白总量的20%～30%，它们或是单纯的蛋白质,或是与糖、脂结合形成的结合蛋白。根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位，可以大体地将膜蛋白分为两类：外在蛋白与内在蛋白。外周蛋白内部蛋白嵌入蛋白埋藏蛋白第三节生物膜的结构与功能(二)构成生物膜的脂类主要是复合脂类(complexlipids)，都具有极性的“头部”和非极性的“尾部”，是两性分子。磷脂(phospholipid)糖脂(glycolipid)硫脂(sulpholipid)第三节生物膜的结构与功能(三)生物膜中的糖类主要分布于原生质膜的外单分子层。这些糖是不超过15个单糖残基所连接成的具分支的低聚糖链(寡糖链)，它们大多数与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂。第三节